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Il denitratore questo oscuro oggetto

Postato in Tecnica e fai da te

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Introduzione: "Il denitratore come e perché."

Il tutto ebbe inizio quando appresi, girovagando qua e là sulla rete, che era possibile costruire un denitratore. Fino ad allora non ne sapevo assolutamente nulla, non sapevo cosa fosse ne come funzionasse e non ne avevo mai visto uno, ma sebbene i miei studi (prima il liceo e poi l'università in giurisprudenza) e anche dopo la laurea il lavoro, non mi hanno mai permesso di approfondire ne la chimica ne la fisica, sono sempre stato e sarò sempre un amante del "fai da te", così decisi di approfondire l'argomento fiducioso che alla fine sarei comunque riuscito nella realizzazione ed il tutto mi avrebbe ripagato portandomi a risolvere finalmente il più grosso problema con il mio marino mediterraneo: i nitrati.

 

 

 

   

Purtroppo, nonostante effettuassi robusti ricambi d’acqua settimanalmente, i miei nitrati si stabilizzavano sui 200 - 250 mg/l. Troppo alti, non tanto per i grossi pesci, quanto per gli effetti sulle condizioni generali della vasca: piante, invertebrati, avannotti etc. Qualcuno potrebbe dire “ma basta fare ricambi più frequenti…..” , purtroppo non sempre è così, dipende da molti fattori soprattutto la quantità e il tipo di pesci che si tengono in vasca; quando si comincia ad avere una murena di 40 cm che si sbaffa tutto ciò che gli capita a tiro vivo o surgelato,  oppure un cerniotto che in un mese raddoppia la sua taglia vi assicuro che i nitrati salgono alle stelle. Il tutto non finisce qua perché NO3 alto significa che è anche difficile tenere sotto controllo PH e KH; infatti nonostante si tenti di integrare con miscele varie di sali per aumentare il Kh e quindi  aumentare l’effetto tampone il risultato è effimero e dura solo 3 o 4 gg, poichè l’acido nitrico una volta bruciate tutti le basi a disposizione, fa scendere ugualmente il PH che a me si posizionava intorno a 7.4 -7.6 troppo basso per un marino mediterraneo.                

Dati i prezzi, non rimaneva che costruirmi questo denitratore. Allora mi armai di coraggio e cominciai a reperire tutto ciò che poteva essere trovato in rete sull’argomento, stetti più di un mese e mezzo a ricercare informazioni, disegni, progetti e quant’altro fosse necessario alla costruzione (avevo gli occhi a forma di monitor), ma alla fine ero pronto per la costruzione.

Principio di funzionamento: “…. denitrando …. denitrando ”

Prima di accingersi alla costruzione dell’attrezzo è necessario capirne alla perfezione il funzionamento, cercherò quindi di spiegare e illustrare tutto ciò che ho appreso e che può essere utile nella realizzazione, purtroppo la mia (poca) preparazione in materia, come ho già detto, non mi permette di lanciarmi in pericolosi monologhi chimici e fisici, così ho preferito, quando ho potuto, riportare in corsivo articoli e discussioni di persone che tecnicamente sono molto più titolate di me e in grado di spiegare molto bene gli argomenti  che mi accingo ad affrontare.

E’ da premettere che esistono e sono stati realizzati vari tipi di denitratori: Cilindrici, a parallelepipedo, a tubicino, c’è chi lo ha costruito con delle bottiglie in serie, c’è chi ha utilizzato dei cilindri, chi dei box di vetro, e chi ancora ha realizzato il denitratore con un solo tubo semirigido lungo di 45 mt. Chi con flusso dal basso, chi dall’alto, chi utilizza pompe per rimescolare l’acqua all’interno del box, chi preferisce un flusso continuo, ma tutti hanno in comune un principio che è alla base di numerosi insuccessi: costringere i batteri a lavorare in ambiente completamente anossico.

Fa eccezione, e merita di essere menzionato il denitratore ad elettrolisi che utilizza il principio dell’elettrolisi dell’acqua. Non usa batteri, non usa prodotti chimici ne alimento per batteri. In pratica è un'apparecchiatura elettrochimica costituita da una cella nel cui interno scorre un flusso di acqua, nella cella sono presenti degli elettrodi. Quando l'acqua passa al di sopra degli elettrodi, grazie ad un congegno elettronico di controllo che fornisce tensione agli elettrodi, l’acqua viene purificata mediante una reazione elettrochimica.

Meraviglioso no !!,  ma per ora non se ne sono visti molti, e a parte queste ipotesi costosissime tutte le altre varianti (e sono tantissime) si basano su un principio comune: l’acqua attraversa un tubo di piccolo diametro in cui perde gran parte dell’ossigeno, poi entra in un box oscurato perfettamente ermetico in cui, grazie a del materiale di substrato, trovano alloggiamento i batteri che, se opportunamente alimentati ed in completa assenza di ossigeno, ritrasformano i nitrati in nitriti e i nitriti in azoto. In linea di principio l’acqua all’interno del box dovrebbe circolare con una certa portata e rimanere il più possibile all’interno per permettere ai batteri di sbaffarsi i nitrati, quindi circolazione energica all’interno ma flusso in entrata/uscita lentissimo (da una goccia al secondo in principio, fino a 2/3 litri l’ora quando il filtro è maturo).

Riporto un vecchio post dell’Ing. Camera Roda che merita attenzione: …. La mia opinione sul buon funzionamento dei filtri denitrificatori e' la seguente: e', bene che il tempo di permanenza al loro interno sia elevato per consentire il consumo dell'ossigeno ed avvicinarsi a condizioni anaerobiche, ma contemporaneamente occorre che il flusso al loro interno sia abbastanza alto. In altre parole l'acqua al loro interno deve venire miscelata o riciclata in continuazione da una pompa, mentre la portata d'alimentazione dalla vasca e in uscita verso la vasca deve essere mantenuta bassa, tipicamente pochi litri all'ora. Secondo questo criterio funziona il filtro denitrificatore Aquamedic, il mio, quello di Mio Mao (Andrea Varisco) ed anche alcuni denitrificatori che ho visto costruiti artigianalmente. Questo non vuol dire che altri filtri con un flusso estremamente lento al loro interno non possano funzionare, ma secondo me il precedente sistema e' migliore per alcuni motivi:

 - Le condizioni di funzionamento sono piu' stabili, meno difficili da regolare e meno soggette a variazioni nel tempo dovute ad intasamenti del filtro o fenomeni analoghi.

 - Si sfrutta in maniera piu' omogenea il volume a disposizione nel filtro, perche' tutti i punti sono abbastanza uniformemente coinvolti dalla miscelazione. –

- Minori probabilita' di zone stagnanti dove localmente si puo' formare il dannoso idrogeno solforato.

 - I nutrienti sono piu' facilmente a disposizione dei batteri in quanto il film praticamente stagnante (noto come strato limite), che li circonda e che tutte le sostanze nutritive devono attraversare per essere disponibili ai batteri, risulta sensibilmente piu' ridotto. ”

Abbiamo detto che nel filtro denitratore si instaurano delle colonie batteriche ma quali e che tipo di batteri sono ?: La tesi che va per la maggiore li definisce "anaerobi facoltativi", cioè si comportano come normali batteri aerobi nitrificanti se hanno abbastanza ossigeno a disposizione (molto più conveniente" in termini di economia energetica) o da anaerobi se l'ossigeno è assente. Sembra che un ricercatore americano si sia preso la briga di analizzare l’interno di un denitratore, bene pare che di batteri ne abbia trovato non un solo tipo ma diverse specie, comunque resta il fatto, polemiche a parte, che si tratti per lo più di pseudomonas. Questi batteri parrebbero potersi alimentare autonomamente, vi è infatti chi sostiene di aver costruito denitratori che sparano nitrati a zero senza alimentazione per i batteri, cioè traggono il nutrimento o meglio il catalizzatore necessario per portare a termine la reazione chimica necessaria trasformare i nitrati, dal carbonio organico "endogeno", cioè quello presente all’interno della vasca, ammesso però che ve ne sia. Il discorso può essere vero in parte ma contrariamente a quanto solitamente si legge, nell’acquario marino mediterraneo, e lo dico per esperienza diretta, non è possibile riuscire ad operare con denitratori senza che questi siano alimentati, vuoi per la salinità vuoi per la temperatura, ma senza alimento i batteri non si formano. Vi è un esperimento compiuto dall’Ing. Camera Roda che a mio avviso è molto significativo sull’argomento e che mi ha aiutato non poco. Lo riporto così come trovato sul forum it.hobby.acquari:

“…..  tutto dipende da quanto ossigeno entra disciolto con l'acqua in ingresso e da quanto carbonio organico e' presente come nutrimento dei batteri. Soprattutto quest'ultimo puo' essere, in certi casi, il fattore limitante e probabilmente ogni vasca ha i propri valori per queste grandezze. Una prova che sto conducendo in questi giorni conferma quanto sopra. Ho infatti allestito da poco un denitrificatore e l'ho per il momento collegato ad un bidone da 25 litri provandolo con l'acqua di 2 differenti acquari che evidentemente hanno diversa composizione per quanto riguarda il carbonio organico "endogeno" presente ma concentrazione di nitrati molto simile. Con una delle due acque la denitrificazione procedeva bene arrivando in circa 3 giorni all'abbattimento dei nitrati (inizialmente attorno ai 50 mg/L), mentre l'altra acqua non veniva depurata quasi per nulla. Tutte le rimanenti condizioni rimanevano le medesime e le prove sono state ripetute due volte per sicurezza. Altre due prove sono state fatte sull'acqua "refrattaria alla denitrificazione" aggiungendo zucchero in concentrazione piuttosto alta (ATTENZIONE, aggiungere zucchero in eccesso al vostro denitrificatore e' pericoloso e potete andare incontro ad un'esplosione batterica in vasca). Il risultato e' che dopo circa 12-16 ore i nitrati sono andati a zero (ed ho assistito anche ad un'esplosione batterica con acqua lattiginosa, che tornava trasparente dopo circa un giorno e mezzo). Questo dimostra che senza un'adeguata fonte di carbonio organico il denitrificatore funziona male, anche se per certe vasche il contenuto di carbonio organico "endogeno" puo' invece essere gia' sufficiente. All'origine di cio' c'e' probabilmente (e' solo un'ipotesi) anche il tipo di mangime utilizzato, e forse mangimi secchi con una certa percentuale di carboidrati possono fornire quantita' maggiori di carbonio organico gia' presente in vasca.”

Assodato dalle sperimentazioni che l’alimentazione per i batteri è condizione necessaria, cerchiamo ora di spiegare perché e a cosa serve, riporto anche qui una bellissima spiegazione del nostro caro Giovanni Camera Roda:

“Nel fitro denitrificatore i batteri (principalmente Pseudomonas) che attuano la denitrificazione si "nutrono" di carbonio organico (cioe' legato in composti organici). Per realizzare l'ossidazione del carbonio utilizzano l'ossigeno disponibile, che in ambiente anaerobico e' principalmente quello presente nella molecola dei nitrati, che vengono percio' ridotti (a nitriti ed ad azoto gassoso se la denitrificazione e' completa). Dunque e' necessario carbonio organico perche' i batteri possano operare. Tale carbonio puo' essere presente gia' in acquario sotto forma di diversi composti organici ("carbonio endogeno"), ma in tale caso in genere si trova ad una concentrazione bassa e come molecole anche complesse ed abbastanza difficilmente attaccabili dai batteri. Per tale motivo si preferisce alimentare un carbonio organico di piu' facile "digeribilita'" da parte dei batteri e con una concentrazione opportuna. E' evidente che questo preferibilmente va' alimentato nel filtro denitrificatore ed infatti negli impianti sofisticati l'alimentazione di questa corrente di alimento e' controllata da un misuratore di potenziale redox posto nel filtro che aumenta o diminuisce la portata per mantenere un potenziale redox compreso tra -250 e -50 (indice di buon funzionamento del filtro denitrificatore). Tali valori del potenziale Redox sono quelli che ricordo a memoria e potrei anche sbagliare di molto, ma se ti interessa posso controllare. Il carbonio organico piu' facilmente attaccabile dai batteri pare essere l'alcool metilico, ma non viene quasi mai utilizzato in acquario in quanto puo' creare dei gravi problemi se non e' perfettamente dosato ed arriva fino in vasca. Si preferisce percio' utilizzare come fonte di carbonio organico delle sostanze zuccherine quali saccarosio e fruttosio. I preparati appositi (Anafood e simili) disponibili in commercio probabilmente contengono varie sostanze zuccherine e forse altre sostanze (la composizione non e' riportata sulle etichette) e, a detta dei produttori, funzionano meglio del solo fruttosio (ma sara' vero?).

Per quanto riguarda le reazioni di denitrificazione esse sono, adoperando

alcool metilico,:

6 NO3 + 2 CH3OH --> 6 NO2 + 2 CO2 + 4 H2O

6 NO2 + 3 CH3OH --> 3 N2 + 3 CO2 + 3H2O +6 OH-

Per altre fonti di carbonio organico, le stechiometrie si modificano a

  seconda della diversa formula del composto organico in considerazione portando sempre pero' alla formazione degli stessi prodotti.

Nota: e' bene che i nitriti che si formano dalla prima reazione si  

  decompongano quasi tutti in nitrati attraverso la seconda reazione, perche' altrimenti una volta in vasca (oltre a potere creare problemi se non vengono trasformati velocemente) si ritrasformeranno in nitrati ad opera dei batteri aerobici. Questo lo si realizza facendo operare opportunamente il denitrificatore, cioe' con un opportuno tempo di permanenza al suo interno ed un'opportuna attivita' dei batteri favorita da una corretta alimentazione di "nutrienti". Posso cioe' in pratica agire o sulla portata, diminuendola se ci sono troppi nitriti in uscita (riduzione non completa), od aumentando, sempre senza esagerare, la portata di nutrienti. Questo almeno in un filtro gia' maturo, il che vuol dire in genere dopo alcuni mesi di funzionamento (soprattutto in acqua marina i tempi di maturazione sono lunghi). Attenzione che se la portata e' troppo bassa e le condizioni sono "troppo" anaerobiche (gia' consumati tutti i nitriti ed i nitrati) i batteri potrebbero utilizzare come fonte di ossigeno anche i solfati, che altrimenti in condizioni normali di funzionamento non verrebbero utilizzati, formando il pericoloso e puzzolente idrogeno solforato. Anche troppi nutrienti potrebbero portare ad un simile inconveniente.”   

 

 Sinceramente oggi non lo realizzerei più così, sto infatti pensando di costruirne un altro basato sullo stesso principio ma costituito da un cilindro alto circa 90 cm e diametro 13/15, (probabilmente è molto alto, ma stretto e lungo riesco a collocarlo meglio, si può fare più basso a patto di aumentarne il volume, in modo da garantire lo stesso tempo di permanenza dell’acqua nel suo interno) il tubicino, che prevede l’entrata dell’acqua, una volta attraversato nel tappo dovrà percorrere tutta la lunghezza del cilindro fino al fondo, sicuramente metterei una pompa per il ricircolo interno, come materiale userei molte più conchiglie questa volta, perché ho visto hanno una resa migliore, ed infine sul tappo ricaverei l’uscita. Qui la valvola per l’eventuale sfogo dei gas sarebbe superflua. Come si può vedere molto più semplice nella realizzazione e sicuramente meno complesso nella gestione, infatti il modello precedente a paratie ha l’inconveniente (se non fatto lavorare sotto pressione) della formazione di gas nel primo scomparto che non trovando uscita, abbassa il livello di una colonna diminuendone di conseguenza il volume disponibile.

Problemi:

I maggiori problemi finora riscontrati sono fondamentalmente due. Uno  dovuti alla difficoltà di regolazione iniziale (cioè nel primo periodo necessario a far maturare il filtro) del flusso di scorrimento dell’acqua all’interno del box, in quanto data l’esiga portata dello scorrimento dell’acqua è molto difficile effettuare regolazioni durature, che non necessitino continuamente di aggiustamenti, in quanto il sistema è soggetto a continue sregolazioni.

Altro problema fondamentale è quello legato all’alimentazione dei batteri, infatti a meno di non usare costosissime pompe dosatrici, il sistema finora usato è quello della flebo, ma tale accorgimento è completamente instabile e difficile da regolare, il flusso infatti non è mai costante e comporta anch’esso frequenti ritocchi.

Risultati:  

Attualmente sono riuscito a portare l’uscita a NO3 = 0 e No2=0 ma il flusso è ancora troppo basso e riesco a ricavare ancora solo pochi litri al giorno.

Conclusione: “sarebbe ora

Questo mio articolo, non vuole essere un trattato sul denitratore ne tantomeno una pretenziosa o noiosa lezione sull’argomento (non me lo potrei nemmeno permettere), ma semplicemente una sorta di raccolta di notizie e del materiale più significativo che, riuscirebbe sicuramente utile a quanti come me potrebbero dover affrontare il problema in questione e che potrebbero essere fuorviati dalla moltitudine di notizie che si leggono in rete che, se non opportunamente “filtrate” e organizzate, porterebbero, come è successo a me, ad effimere illusioni e ad una inevitabile confusione di idee. Una guida quindi ed un racconto sulla mia personale esperienza con quest’oggetto che ha messo a dura prova la mia pazienza ma che sono sicuro col tempo ripagherà sicuramente.

 

p.s.  Un ringraziamento particolare va a Giovanni Camera Roda perchè nonostante lo abbia tempestato con le mie e-mail mi ha sempre puntualmente risposto, dandomi ogni volta ottimi consigli senza i quali forse non ce l’avrei fatta.

Antonello Cau     (Sassari)  inverno 2002

 

 

Premessa:  

 “Caro se avevi tanto tempo da dedicare ai tuoi hobby perché hai comprato un acquario ? bastava il denitratore !”

Penso che questa simpatica battuta, renda l’idea dell’impegno e della costanza che siano necessari per mettere a punto un sistema soddisfacente e quantomeno funzionante.

Ritengo necessario comunque affermare che non sempre è giusto e corretto quello che si è detto sui filtri denitrificatori, spesso snobbati o ritenuti responsabili di chissà quali arcani pericoli.

In effetti l’intera gestione di questo filtro diventerebbe molto più agevole se coadiuvata dall’utilizzo di una sonda ed un controller redox.. Questi due strumenti, oltre che permettere un monitoraggio del filtro in continuo ed in completa autonomia, consentono di utilizzare il filtro denitrificatore ad “acqua ferma” sistema che, come ormai assodato, fornisce i migliori risultati, permettendo una rimozione dei nitrati in maniera pressoché completa e con rischi ed interventi quasi ridotti a nulla;

   

I sistemi ad acqua ferma:  

Si parla di “acqua ferma” non perché l’acqua resti immobile all’interno del filtro  (al contrario si  muove eccome, visto che nella stragrande maggioranza dei casi si utilizza una pompa di ricircolo),  ma perché a differenza che nei sistemi a flusso continuo, l’acqua non entra ed esce liberamente, ma resta “intrappolata” al suo interno per un certo lasso di tempo.

In pratica il funzionamento è piuttosto semplice: si tara lo strumento a circa –170 mV, l’acqua con l’aiuto di una pompa o tramite un elettrovalvola entra nel box e (movimentata da una pompa di ricircolo) vi rimane fintanto che il suo potenziale redox non raggiunge il limite impostato, (a questo punto siamo certi che nell’acqua non sono più presenti no3, nè sono presenti altri elementi dannosi quali anidride solforosa, co2, etc.), in questo momento e solo in questo momento il controller fornisce il consenso alla pompa per spingere l’acqua fuori dal filtro ed effettuare un nuovo ciclo. Quindi, come si può notare, un metodo completamente automatizzato che concede poco ai rischi di produzione di ammoniaca, nitriti o anidride solforosa e che risulta particolarmente agevole nella conduzione.

   

I sistemi a flusso continuo:  

Al contrario, utilizzare un denitratore senza questi due accessori, per chi non è molto esperto, è un pò come guidare al buio; non si conosce il potenziale redox che si sviluppa all’interno del box di conseguenza si rischia di ricadere inevitabilmente nei problemi cui si accennava prima. Del resto sonda e reddoxomentro sono piuttosto costosi o quantomeno impossibili da costruire. Certamente è questo il motivo che ha condotto i più a trattare con poco interesse l’argomento.

Ciò nonostante anche un sistema a flusso continuo, pur con qualche difficoltà in più, è perfettamente utilizzabile e, se ben strutturato e congegnato fin dall’inizio, può garantire una certa sicurezza d’uso, diventando col tempo un accessorio davvero soddisfacente tanto che ora, dopo l’esperienza accumulata e i risultati ottenuti, non potrei nemmeno immaginare di possedere una vasca senza usare un denitratore. Ad oggi i nitrati nella mia vasca si sono ridotti pressoché a zero nonostante abbia un carico biologico altissimo e gli interventi siano ormai diventati sempre più radi.

E’ possibile infatti, dosando con estrema regolarità l’alimentazione per i batteri e regolando con estrema precisione un flusso costante in uscita, ottenere una denitrazione con valori che nulla hanno da invidiare  a quelli ottenuti coi sistemi più sofisticati di cui si accennava prima, anzi i risultati sono esattamente gli stessi, l’unica differenza è che nel sistema a flusso continuo è necessario monitorare spesso (di persona non potendo contare su nessun tester) questi due parametri che risultano estremamente instabili oltre che fortemente collegati fra loro; un alimentazione eccessiva comporta infatti uno sviluppo ipertrofico dei batteri e delle mucillagini che tenderanno ad intasare in pochissimo tempo il filtro, pregiudicando quindi anche il flusso in uscita.

   

Il vecchio sistema.  

Il mio primo denitratore, come ebbi già modo di spiegare nel primo articolo, non era certo scevro da difetti. Un box provvisto di una paratia centrale ma perfettamente chiuso ermeticamente, non poteva funzionare a dovere in quanto i gas che si formavano nella prima sezione, non trovando via d’uscita, creavano  pressione interna impedendo all’acqua di entrare. Questo è forse il limite maggiore del progetto originario (non mio), tanto che dopo circa un anno dalla sua realizzazione, stanco dei continui interventi, mi decisi a riaprire il box ed eliminare completamente la paratia centrale. Posso affermare che, dopo tale operazione, siano cessati in maniera quasi istantanea tutti i variegati malfunzionamenti del filtro e i problemi legati ai gas. Conseguentemente il flusso in uscita si è stabilizzato (anche se non ancora perfettamente), il denitratore ha cominciato a svolgere efficacemente il suo compito ed a funzionare talmente bene da far trascorrere un intero inverno senza che sia stato necessario eseguire alcuna manutenzione.

   

L’importanza della pompa di ricircolo:  

Così finalmente compiaciuto dei risultati ottenuti, ma non ancora del tutto soddisfatto, sono partito con l’idea di costruire un secondo denitratore che fosse meno semplice nella realizzazione, ma più facile da gestire.

L’idea fondamentale da sviluppare era quella accennata nel primo articolo; costruire un modello di filtro denitrificatore con pompa di ricircolo interna, che potesse ovviare all’inconveniente tipico dei denitrificatori che ne sono privi e cioè il frequente intasamento interno, ma con tre enormi vantaggi: innanzitutto utilizzare in maniera più proficua il volume a disposizione nel filtro, in quanto tutti i punti all’interno della camera sono abbastanza uniformemente coinvolti dalla miscelazione. In secondo luogo e come conseguenza di questo aspetto, evitare le così dette zone stagnanti le quali, oltre che comportare un eccessiva formazione di gas nocivi, non permettono una completa denitrificazione in quanto l’acqua all’interno del box trovando sempre delle corsie preferenziali non utilizza tutto il materiale di substrato a disposizione ma solo parte di esso e quindi viene coinvolta in minore quantità nel processo di denitrificazione. Ed infine, per ultimo ma non in ordine di importanza, vi è il fattore dell’inibizione e/o riduzione del film stagnante che circonda i batteri, noto anche come strato limite, che dovendo essere necessariamente attraversato, impedisce alle sostanze nutritive di restare a diretto contatto e quindi facilmente a disposizione dei batteri. Oltretutto un filtro così strutturato, a parità di volumi, mi avrebbe permesso di ottenere una resa maggiore rispetto al sistema fin’ora utilizzato.

 

Risolta, con la realizzazione di una pompa dosatrice:

(http://www.aiam.info/tecnica/Ac_pompa_dosatrice.htm), la prima delle due grosse la difficoltà cioè la somministrazione costante di alimento per i batteri, sono sempre stato convinto che anche il secondo problema potesse essere affrontato e concluso positivamente.

Nei denitratori a flusso continuo la difficoltà legata all’irregolarità del passaggio dell’acqua in uscita, che una volta regolato tende quasi subito a modificarsi, è facilmente spiegabile dal fatto che lo stesso flusso ha per definizione una portata molto bassa (siamo nell’ordine di 1–3 gg al sec.) di conseguenza la spinta che l’acqua riceve per uscire dal box è molto debole e non riesce a vincere le inevitabili resistenze che l’acqua incontra nel percorso d’uscita, resistenze dovute a molteplici fattori, alcuni costanti ma altri del tutto imprevedibili e discontinui, come la formazione di gas o di mucillagini.

La soluzione quindi sarebbe quella di corredare il filtro di una pompa di ricircolo interna che, rimescolando continuamente l’acqua al suo interno eviterebbe la crescita eccessiva delle mucillagini batteriche e l’intasamento del materiale di substrato, inoltre l’acqua avendo una velocità di movimento relativamente elevata (si parla di circa 650 l/h) fornirebbe al flusso d’uscita una spinta decisamente più cospicua tanto da vincere le resistenze cui si accennava prima.

L’unico elemento da affrontare e da studiare con estrema cura sarebbe (ed è stato) quello relativo alla collocazione della pompa di ricircolo, il cuore dell’intero sistema, in modo da renderla facilmente ispezionabile senza dover smontare tutto il filtro, e da alloggiarla in una posizione adeguata e tecnicamente idonea al suo scopo. Questo è forse l’aspetto che mi ha impegnato di più o meglio che ha richiesto un maggior dispendio in termini di tempo non avendo trovato subito il giusto assetto e che mi ha costretto a diverse configurazioni con relative modifiche non solo strutturali ma anche progettuali dell’intero filtro.

 

Insomma dopo aver preso in considerazioni svariate soluzioni teoriche, sono passato nella pratica attraverso fasi alterne in cui la pompa non veniva sfruttata al meglio o che  al contrario svolgeva bene un compito ma non ne svolgeva altri complementari e altrettanto importanti. Quindi dopo aver realizzato diversi prototipi ho finalmente trovato i giusti equilibri e concluso l’assemblaggio finale di questo nuovo filtro che sta ormai funzionando da qualche mese e che sembra proprio avere risolto i problemi e sopperito alle carenze del primo denitratore.

Per dovere di cronaca e visto l’entusiasmo di molti che hanno letto il primo articolo mi sembrava quindi giusto e doveroso illustrare come ho realizzato anche questo secondo filtro denitrificatore.

 

Il nuovo denitrificatore:  

Il nuovo denitrificatore è costituito da un tubo cilindrico in pvc, da due tappi, da una pompa di ricircolo esterna posizionata sul tappo (che aspira l’acqua dall’altro e la ributta in basso attraverso un tubo in pvc da 18 mm), da due comparti vuoti di 5 cm uno superiore e uno inferiore, da due griglie (superiore e inferiore) che separano i comparti vuoti dal materiale di substrato e da quest’ultimo  costituito da conchiglie tritate e dall’ormai fedelissima argilla espansa.

 

Ecco lo schema:

 

  Il principio di funzionamento è intuitivo: L’acqua entra dall’alto, l’ugello d’entrata è infatti  posizionato sull’aspirazione della pompa di ricircolo. Questo sistema di entrata è senz’altro il migliore, infatti nonostante in un primo momento mi sia ostinato con un ingresso in basso, dopo vari esperimenti ho potuto constatare che, come anche in altri denitrificatori, la posizione ottimale per l’entrata sia proprio sull’aspirazione della pompa, in quanto mediante un taglio trasversale e un adeguato orientamento dell’ugello, si ottiene “l’effetto risucchio” che favorisce l’ingresso dell’acqua all’interno del cilindro. L’acqua così non entra direttamente nel box, ma prima risucchiata, viene sospinta in basso attraverso il tubo esterno da 18 mm, entrata nel cilindro in basso, incontra la camera vuota di 5 cm, attraversa la griglia e risucchiata verso l’alto dalla depressione interna della pompa di ricircolo, attraversa tutto il materiale filtrante, conchiglie, argilla e ancora conchiglie e attraversata quindi la griglia superiore, viene sospinta nuovamente verso il basso per ripetere il loop. Solo una piccola parte di essa uscirà dal box e potrà ritornare in vasca.

 

 

 

 

 

Ma andiamo nei dettagli:

 Il corpo è stato realizzato con un cilindro in pvc, un materiale che permette maggiore duttilità rispetto al vetro, il cilindro altro non è che un tubo da 140 di quelli usati per l’edilizia. Tale involucro cilindrico presenta due tappi a vite, che ne garantiscono una perfetta tenuta stagna. Tali tappi  sono i così detti pozzetti d’ispezione (come vengono chiamati propriamente) costituiti da una corona filettata da incastonare sul tubo e dal relativo tappo anch’esso filettato.

Per ottenere facilmente la tenuta stagna, prima di avvitare il tappo inferiore, ho cosparso nella filettatura un cordone di silicone. Tale accortezza, oltre che efficace (tanto da non riuscire a svitare il tappo nemmeno con notevole forza), risulta la più ovvia in quanto questo tappo inferiore, una volta fissato, non necessita di essere mai svitato dovendo rimanere permanentemente “saldato” al cilindro.

 

 

 

 

 

 Altra cosa è il tappo superiore, in quanto questo deve permettere, svitandolo, una facile ispezione dei corpi immersi, che col tempo (anni) posso tendere ad intasarsi o quantomeno necessitano di essere puliti. In questo caso quindi ho dovuto inserire alla fine della filettatura una guarnizione  che mi garantisce la tenuta.

 

  

 

La pompa è stata collocata esternamente, in alto, proprio sopra il tappo;

 Sono ben visibili sia l’entrata, posta proprio sull’aspirazione della pompa e l’uscita che sta sul tappo. E’ importante che l’aspirazione sia un po’ più bassa rispetto al livello dell’acqua, in modo da non aspirare nel circuito il gas di formazione, che invece deve uscire liberamente dall’ugello di scarico che porta l’acqua in vasca.

 

 

 

  

Ciao

By Antonello Cau

Estate 2003

 

Passiamo ora alle necessarie conclusioni riepilogative:

1.    L’acqua deve essere prelevata dall’acquario possibilmente nel punto ove ha minor concentrazione di ossigeno,

2.    Trascorre il tubicino ( per chi lo usa) per perdere ossigeno,

3.    Prima di entrare nel box completamente ermetico e stagno possibilmente posizionato al buio perchè i batteri non gradiscono la luce, viene mescolata con il nutrimento per i batteri,

4.    Attraversa il substrato ove sono presenti i batteri, possibilmente rimescolata di continuo, e rimane all’interno il più possibile,

5.    Fuoriesce e ricade in vasca ma MAI direttamente, perché ciò potrebbe essere pericoloso in quanto il marchingegno se non opportunamente regolato può apportare all’acqua sostanze tossiche, così si preferisce (come si dice tecnicamente) far “strippare” l’acqua passandola prima nello schiumatoio per riossigenarla e poi nel filtro biologico che eliminerebbe eventuali no2 o H2S.

A questo punto cosa succede: riporto quanto dettagliatamente spiegato dai tecnici della Sera, precisando però che queste indicazioni valgono per qualunque tipo di denitratore, Sera o artigianale che sia.

a) non vedete nessuna differenza tra il contenuto di nitrati misurato nell'acqua in uscita dal Biodenitratore e l'acqua dell'acquario.

Questo significa che i batteri all'interno del Biodenitratore non sono in grado di svilupparsi. Controllre la quantità d’acqua che passa attraverso il Biodenitratore. Il flusso d’acqua deve essere ridotto a un litro all’ora. Abbiate comunque pazienza! Il Biodenitratore non è un prodotto meccanico ma il contenitore di una delicata vita che si deve instaurare al suo interno. Le nostre esperienze ci confermano continuamente che alcuni Biodenitratori funzionano perfettamente già dopo 2-3 settimane e altri impiegano anche 12-14 settimane. Una certa importanza ha la quantità di nitrati: in acquari con valori bassi di nitrati i tempi di attivazione sono più lunghi rispetto ad acquari con valori alti.  

b) nell'acqua in uscita sono presenti nitriti e la quantità di nitrati è uguale o addirittura superiore all’acqua dell’acquario.  

Questo significa che i batteri sono in fase di formazione ma l’ambiente anaerobico all’interno del Biodenitratore non é ancora ideale. Ripetendo la misurazione dopo qualche giorno constaterete che i nitriti sono quasi assenti e che la quantità dei nitrati è inferiore a quella nell’acquario. Dopo qualche altro giorno i nitrati saranno completamente assenti nell’acqua in uscita dal Biodenitratore.

c) i nitriti sono assenti, al massimo sono presenti delle tracce di nitrati.  

Questo significa che il Biodenitratore è perfettamente funzionante e che, se l’acquario è di ca. 200 litri e non eccessivamente popolato, il valore dei nitrati potrà essere mantenuto costantemente inferiore a 15 mg/l, sia in acqua dolce che marina. Inoltre diminuiranno anche i valori dell'ammonio e dei fosfati.  

Quindi per semplicità schematica vado a riassumere quelle che sono le tappe fondamentali nell’attivazione di un denitratore:

1)      L’installazione della presa d’acqua dovrebbe avvenire in un punto molto povero di ossigeno, possibilmente lontano da ossigenatori e schiumatoi.

2)      Sin dal primo giorno e di fondamentale importanza alimentare i batteri costantemente, le dosi e le concentrazioni sono del tutto soggettive (io usavo un cucchiaino raso in 100 ml di acqua per tutto il giorno) se non succede nulla si possono aumentare le dosi. Come dicevo è consigliabile alimentare sin da subito per favorire l’insediamento dei primi batteri, ma non tanto quanto invece si deve fare una volta raggiunto il regime completo di maturazione.

3)      Dopo circa una settimana ci si troverà  ad avere NO3 ed No2 alle stelle, ciò implica che i primi batteri si stanno sviluppando. Vi è chi è solito inoculare con dei batteri già pronti tipo cycle nitrivec o simili, mentre altri sostengono sia meglio lasciare che i ceppi batterici si selezionino autonomamente.

4)      Il flusso andrà regolato bassissimo all’incirca 1 o 2 gocce al secondo; dopo la prima fase quindi No2 ed No3 dovrebbero calare lentamente ( ma questo non avviene mai subito). Se il flusso è troppo basso i batteri non avendo a disposizione più No3 ed No2 iniziano ad intaccare i solfati generando H2S, ( l’odore come di uova marce è molto pungente se si odora l’acqua) conviene allora aumentare il flusso, se invece questo non succede e si riscontreranno No2 in uscita, vuol dire che il flusso all’interno è troppo altro, vi è troppo ossigeno ed i batteri non fanno in tempo a denitrificare operando, in quanto la reazione non avviene completamente, solo la trasformazione di No3 in No2, occorrerà allora abbassare ancora il flusso. Se invece tutto è Ok l’acqua dovrebbe uscire povera di O2, priva di NO2 ed NO3 , e ricca di azoto gassoso che una volta uscito si libera nell’aria. (ATTENZIONE !!!! , se qualcuno volesse cimentarsi in questa impresa, è veramente importante non attaccare direttamente il denitratore alla vasca con i pesci dentro, sia H2s, sia gli No2 prodotti in questa delicata fase sono molto tossici, io traffico con gli acquari da quando avevo 13 anni ora ne ho 40 ed una certa esperienza, mi basta un colpo d’occhio per capire se in vasca qualcosa non và , quindi se non si  ha una certa dimestichezza con le vasche, è meglio fare girare il tutto, in un secchio con l’acqua di un precedente ricambio e aspettare finchè il i valori non si siano stabilizzati.)

5)      Somministrare la giusta (e qui è solo questione di provare) quantità di cibo per i batteri senza esagerare perchè se nel filtro ci sono pochi batteri alimentare molto non servirebbe a niente.

6)      Pazienza e pazienza e ancora pazienza. Se il filtro non è maturo neanche le due ultime azioni avranno effetto.

L’importanza del tubicino di 25 m.:  

Nel tubicino viene (o dovrebbe essere) consumato tutto l’ossigeno da parte dei batteri aerobi che si insediano all’interno dello stesso, se non ci fosse il tubicino, l’acqua arriverebbe al denitratore ancora ricca di ossigeno e per avere l’abbattimento direttamente dentro il denitratore stesso sarebbe necessario un tempo di permanenza dell’acqua, nel suo interno, ancora maggiore . Probabilmente 25 metri sono troppi ma “melius abundare “ dato l’esiguo costo.

Il potenziale redox:  

Tutti i filtri denitratori per funzionare bene dovrebbero avere al loro interno un potenziale redox compreso fra -50 mV e -200 mV. Il punto più critico è quindi la velocità con cui l'acqua attraversa il filtro: se passa acqua troppo velocemente il potenziale redox si alza e la riduzione si ferma a metà strada e si ha così una produzione di nitriti (invece di azoto gassoso) se l'acqua passa troppo lentamente il potenziale redox si abbassa e si ha la formazione di anidride solforosa. E' necessario quindi verificare frequentemente i valori dell'acqua in uscita dal denitratore regolando il numero di gocce al minuto da far entrare nel filtro. Sistemi sofisticati infatti usano un sistema controllato da una sonda collegata ad un misuratore di potenizale redox.  Impostando lo strumento su un valore di circa –175 mV, quando il potenziale redox scende sotto questa soglia il flusso dell'acqua al filtro viene interrotto da un'elettrovalvola, quando il potenziale redox sale oltre il valore set viene ripristinato. In questo modo nel filtro denitratore avremo sempre un potenziale redox compreso fra -175 mV e -125 mV (quando viene interrotto il flusso dell'acqua il redox continua a salire per inerzia ma senza mai salire oltre i -125 mV la stessa cosa al contrario ma più limitatamente quando il flusso viene ristabilito). Questo sistema permette quindi di lavorare in maniera completamente autonoma e priva da ogni necessario controllo.

I miei errori:  

Gli errori da me commessi, come ho potuto constatare solo in seguito, sono quelli comunissimi e banalissimi che possono essere compiuti da chi si accosta per la prima volta a questo tipo di sperimentazione. Da prima ho avviato il filtro facendolo girare con un flusso molto alto in una vasca a parte; dopo 20 gg vedendo che non succedeva nulla l’ho attaccato all’acquario e ho iniziato ad alimentare con glucosio, poi ho sospeso perché l’acqua cominciava ad assumere un colore giallino e si formavano strane bolle di fermentazione (1° errore: il filtro cominciava a costituire la prima flora batterica ed io l’ho bloccata sospendendo l’alimentazione) contemporaneamente  misuravo i valori e vedendo che vi erano tracce di nitriti (anche questo è normale in fase di attivazione) diminuivo il flusso. Dopo qualche giorno misuravo i valori e vedendo che i nitriti erano scesi mi tranquillizzai (2° errore, gli No2 erano scesi perché avevo sospeso l’alimentazione e quindi bloccato la reazione). Trascorso un mese la situazione rimase statica. Aspettai qualche miglioramento senza fare nulla (3° errore), confortato dal fatto che avevo letto che nel marino erano necessari diversi mesi perchè il filtro si attivasse, solo in seguito mi resi conto che la situazione era del tutto statica e dovevo fare qualcosa. Presi allora a diminuire il flusso in uscita fino all’inverosimile aspettandomi produzione di H2S, ma nulla non succedeva nulla (4° errore: il mio filtro non dava risposte adeguate in quanto non stava funzionando per niente, era in pratica un 2° biologico). Ripresi ad alimentare con dosi massicce di acqua e glucosio (4 ° errore) non ma non conoscendo le giuste dosi, ottenni solamente una fantastica esplosione batterica, con il risultato che l’acqua della vasca diventò lattiginosa per 2 gg.. La formazione batterica può essere pericolosa per i pesci in quanto causa scarsità di ossigeno, in quanto i batteri tendono a “bruciarlo” tutto. Nulla di grave comunque se si ossigena energicamente; in compenso le attinie sembravano pompate con estrogeni (avevo letto da qualche parte che si cibano di batteri). Misurati i valori in uscita di No3 ed No2 erano schizzati alle stelle, tacche rossssssssssse; bene sapevo che qualcosa si stava muovendo il picco di valori infatti è perfettamente normale nella prima fase di attivazione del filtro, che per questo è molto delicata. Attesi ancora qualche giorno abbassando il flusso in uscita a 1 goccia al secondo. Dopo circa una settimana sentii odore di H2s in uscita, misurai i valori No2=0 ed No3=0 . Bene finalmente era partito. A quel punto ho aumentato il flusso e nei successivi giorni ho cercato le giuste regolazioni in modo da ottenere il massimo flusso possibile con la minore quantità di No2 ed No3.

Il mio denitratore:  

Passiamo ora a spiegare come è stato realizzato e come funziona.

Il mio denitratore è un denitratore a “tubicino” realizzato secondo un progetto originario di Andrea Varisco (detto MioMao) poi modificato da Giulio Tarascio che ringrazio per le spiegazioni datemi  (qui il link Progetto di un denitratore), ed infine realizzato da me con ulteriori modifiche per le mie specifiche esigenze.

Diciamo che è un parallelepipedo di vetro 45 x 15 x 13.5, con una percola centrale, i due scomparti sono perfettamente simmetrici (il flusso in origine poteva essere  invertito). Dopo aver tagliato il vetro (ho usato vetro da 7 mm di spessore), ho incollato i due laterali piccoli con uno dei due più grandi ed il fondo, ho inserito la percola centrale, poi ho incollato l’ultimo lato grande. Come materiale per il substrato dei batteri ho usato argilla espansa e nella parte alta 15 cm di conchiglie tritate a media pezzatura che mi sono servite per evitare che le palline di argilla, in quanto tendono a galleggiare, potessero ostruire uno dei fori di entrata o di uscita del denitra, mentre nella parte bassa andrebbe lasciato uno spazio di 5 cm vuoto per consentire di mescolare meglio l’acqua, (io non l’ho fatto, ma sarebbe meglio farlo). Riempito il tutto sono andato dal vetraio per farmi fare il tappo (sempre di vetro) superiore ove ho fatto praticare i due fori, uno per l’entrata e l’altro per l’uscita. Una volta inseriti nei due fori due beccucci a 45 usati per l’irrigazione li ho incollati al vetro con colla bicomponente e quando si è asciugato il tutto, ho incollato il tappo creando quindi il parallelepipedo. A quel punto ho collegato il tubo di entrata e l’altra estremità l’ho immersa in un secchio d’acqua prelevata dall’acquario e dall’altra parte (uscita denitratore) ho collegato un altro tubicino, quindi ho succhiato fino a riempire completamente il denitratore. Questa è stata la realizzazione pratica. Devo aggiungere che non ho pompa interna.

La regolazione del flusso avviene mediante una T dove ad un innesto  ho collegato la pompa sita in acquario (che deve avere una prevalenza superiore al metro, questo è molto importante !!) e nei due restanti ho collegato il denitratore e uno un rubinetto di plastica piuttosto ingombrante ma efficace (che serve per evitare di tenere sotto sforzo la pompa) che ributta  l’acqua in “surplus” nella vasca; chiudendo o aprendo il rubinetto l’acqua passa in maniera maggiore o minore attraverso il denitratore alla cui uscita ho messo un piccolo rubinetto (quello usato per gli areatori) per una regolazione fine. Riesco a regolare un flusso in uscita, che ha un range da poco meno di 4 ml al minuto a circa 10 litri l’ora.

L’acqua della pompa, subito dopo la T, corre attraverso 25 metri di tubicino in silicone del diametro di 5 mm e poco prima di inserirsi nel denitratore passa attraverso un pezzo di tubo in cui ho innestato un tubicino molto piccolo (diametro 3 mm) con un angolazione a 45 gradi e un taglio in modo che si favorisse il risucchio, a cui ho collegato il deflussore della flebo. Di recente ho inserito, in testata del box, anche una valvola per eliminare la formazione di gas all’interno.

L’acqua in uscita dal denitratore va a ricadere nel primo vano del biologico dove è posizionata l’aspirazione dello schiumatoio.

Ecco i disegni: 

 

 

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Fronte e panoramica 

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